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详解FPGA芯片结构以及开发流程

来源:首页 | 时间:2018-11-04

  FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

  LE是CycloneIV设备最小的逻辑单元,每个LE主要有LUT和寄存器组成的,

  查找表LUT(Look-Up-Table)其本质是一个静态存储器SRAM,目前FPGA多采用4输入的LUT,每个LUT可以看作一个有4位地址线的RAM。当我们通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路后,FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果,并把结果事先写入RAM。这样,在FPGA工作时,每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输出。

  内部连接线联通FPGA内部的所有单元,而连线的长度和工艺决定着信号再连接线上的驱动能力和传输速度。在实际开发中,设计者不需要直接选择连接线,布局布线器可自动地根据输入逻辑网表(这由综合生成)的拓扑结构和约束条件选择连接线来连通各个逻辑单元,所以,从本质上来说,布线资源的使用方法和设计的结果有密切和直接、直接的关系。

  FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑,每个查找表连接到一个D触发器的输入端(见图4),触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的,存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能,FPGA允许无限次的编程。

  原理图和HDL(Hardwaredescriptionlanguage,硬件描述语言)是两种最常用的数字硬件电路描述方法,其中HDL设计法具有更好的可移植性、通用性和模块划分与重用性的特点,在目前的工程设计中被广泛使用,下面对FPGA设计熟悉电路时的开发流程是基于HDL的。


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